Система автоматичного регулювання швидкості обертання електричних двигунів групи витяжних вентиляторів

Винахід відноситься до те хніки регулювання мікроклімату і може знайти широке застосування в опалювально-вентиляційних системах сільськогосподарських виробничих приміщень, переважно тваринницьких і птахівничих. Ві дом а си сте ма а втом а ти чно го к ер ува н н я темп е ра тур и у тваринницьких і пта хівничи х приміщеннях [Установки для создания микроклимата на животноводческих фермах/Д.С. Мур усидзе, A.M. Зайцев, Н.А. Степанова и др . - М. Ко лос, 1997. - 327с.], яка склада ється з автотрансформатора, ящика керування і датчиків температури. Температура всередині приміщень регулюється шляхом зміни кількості працюючих вентиляторів та ступінчастої зміни швидкості їх обертання. Проте дана система не забезпечує рівномірної вентиляції приміщень і є енерговитратною через ступінчасте регулювання швидкості обертання вентиляторів. Відомо ю і н айбі ль ш близько ю до з апропон о вано го ви на ходу є система, яка містить перетворюючий пристрій, систему пропорційного регулювання і си гна лізаці ї та да тчик темпера тури, в якій в яко сті перетворюючого пристрою застосовано тиристорний регулятор напруги з фазо-імпульсним керуванням [Електропривід сільськогосподарських машин, агрегаті в та пото чни х ліній: Пі др учник / За ред. Є .Л. Жулая .- К.: Ви ща освіта, 2001, - 288с.]. Регулювання швидкості обертання вентиляторів здійснюється шляхом зміни напруги на затискачах двигунів. Відома система автоматичного регулювання має недоліки в тому, що при роботі електродвигунів вентиляторів на регулювальних характеристиках через несинусоїдальність вихідної напруги генерує вищі гармонічні складові в м ер еж у ж и вле ння , спри чин я є пі дви щен і втра ти п о тужн ості в електродвигунах, оскільки останні на регулювальних характеристиках працюють при велики х ковзаннях. Оскільки напруга розворо ту різни х двигунів вентиляторів різна, то спостерігаються випадки, коли при низьких напругах на виході перетворювача частина двигунів не запускається, що спричиняє нерівномірну вентиляцію приміщення. Вина хо дом ста ви ть ся за вдання н а ство рення так о ї си стеми автоматичного регулювання електродвигунами вентиляторів, яка б значно зменшувала спотворення в мережі живлення, знижувала втрати потужності в електродвигунах і забезпечувала стійку роботу всіх електродвигунів групи у всьому діапазоні регулювання. Поставлене винаходом завдання досягається тим, що в системі автоматичного регулювання швидкості обертання електродвигунів групи витяжних вентиляторів, згідно винаходу, як перетворюючий пристрій використано керований пропорційно-інтегральним регулятором широтно-імпульсний перетворювач частоти стр уму, один вхід якого приєднано до мережі живлення, другий вхід до - до виходу регулятора, вихід - до групи електродвигунів приводу вентиляторів, а до входу регулятора приєднано датчик температури. На фігурі приведено структурн у схему системи автоматичного регулювання швидкістю обертання групи витяжних вентиляторів. Запропонована система автоматичного регулювання складається з широтно-імпульсного перетворювача частоти струму 1, яким керує пропорційно-інтегральний регулятор 6 та датчика температури повітря 5, що встановлюється у вентильованому приміщенні 4. Система прац ює так : при зміні темпер атури у пр имі щенні 4 за сигналом від датчика 5 регулятор 6 формує керуючий сигнал, під дією якого на виході перетворювача частоти 1 змінюється частота стр уму і напруга живлення, внаслідок чого змінюється швидкість обертання електродвигунів 2 групи витяжних вентиляторів 3, повітрообмін в приміщенні і температура повітря, як наслідок цих змін. При підвищенні температури пові тря в приміщенні система спрацьовує на збільшення швидкості обертання вен тиля торі в, а п ри зн иженні темпер а тури - на зме н шенн я . При цьом у двигуни при всіх частотах стр уму працюють з малим ковзанням. Запропонована система автоматичного регулювання може бути використана, наприклад, для керування групою витяжних вентиляторів комплекту "Клімат-47М-04", який складається з 12 осьових витяжних вентиляторів 3 типу ВО-Ф-7ДА з приводом від електродвигунів 2 типу 4АПА80А6У2 сумарною встановленою потужністю 7,5кВт [Механізація та автоматизація у тваринництві і птахівництві / За ред. О.С. Марченка. - К.: У рожай , 19 95 ]. Кер ування цим комплек том може бути здійснено перетворювачем частоти типу FR-E540EC фірми Mitsubishi ["Mitsubishi. Преобразователь частоты FRE540EC. Техническое описание. - СП «КСК -Автоматизация», К.: 2001] з вихідною потужністю 7,5кВт. В якості датчика температури по ві тря 5 викори сто вується мідн ий термоме тр оп ор у з нормуючим перетворювачем типу ТСМУ-3-50М-80. Перетворювач частоти FR-E540EC є комбінованим пристроєм 7, який в свою чергу складається з широтно-імпульсного перетворювача частоти струму 1 та регулятора 6. Регулятор 6 реалізує пропорційно-інтегральний закон регулювання. Сигнал від датчика температури 5 надходить до регулятора 6 по проводах у вигляді струму І, пропорційного температурі повітря Q у вентильованому примі щен ні 4 . Спри ймаючи си гн ал І = f (Q) да тчика темпе ра тури 5 , регуля тор 6 формує си гнал кер ування перетворювачем часто ти 1, який регулює часто ту стр ум у f і напругу живлення U двигуні в 2 ви тяжних вентиляторів 3. Зворотній зв'язок між об'єктом регулювання (вентильованим приміщенням 4) і входом регулятора 6 здійснюється за рівнем температури повітря Q у приміщенні. При підвищенні температури у приміщенні вище заданої регуля тор фо р м ує к о м а н ду н а з бі ль ше н н я ча сто ти стр ум у і н а п р уги н а ви хо ді перетворювача частоти . Електродвигуни підвищують часто ту n обертання вентиляторів, збільшуючи тим самим продуктивність Q системи витяжної вентиляції. На зміну теплом у ві дпрацьованому пові трю в приміщення н а дхо ди ть свіже хо ло дн і ше п о ві тря . Темп ер а тура Q у пр имі щен ні знижується. При зниженні температури повітря у приміщенні нижче заданої система керування видає команду на зменшення продуктивності системи вентиляції. Застосування пропорційно-інтегрального регулятора дає можливість точніше підтримувати у приміщенні задану температур у (без ста тичної помилки) з меншими затратами енергі ї у порівнянні з пропорційним регулятором, який використовується в системі керування прото типу. [Мартиненко І.І. та ін. Проектування систем електрифікації та автоматизації сільського господарства. - К.: Вища школа, - 1999, С.91-92]. Втрати потужності в електродвигуні значною мірою залежать від ковзання. При регулюванні швидкості обертання зміною напруги двигун на регулювальних характеристиках працює з великим ковзанням, а, значить, з великими втра тами потужності в роторі . При часто тному ре гулюванні ковзання двигуна на всіх характеристиках не перевищує номінального, тому втрати потужності в двигуні при однаковому механічному навантаженні з боку вентилятора значно менші. [Мартиненко І.І. та ін. Енергозбереження в е л е к тр о п р и во д а х в е н т и ля т о р н и х ус т а н о во к . - Е ле к т р и фі к а ці я т а ; автоматизація сільського господарства, №2, К.: 2003р, С.74-81]. При роботі електродвигунів вентиляторів на низьких швидкостях (n £ 0,5 nном ) значну частину сил опору складають сили тертя, які не залежать від частоти обертання. Але в різних двигуна х сили тертя різні, оскільки вони залежать від стану підшипників та якості складання двигунів. Тому і моменти статичних опорів на валах різних двигунів різні. Ко ли дви гун и о держ ують ж и влення від тир истор но го ре гуля тор а jнапруги, їх механічні характеристики при вказаних швидкостях м'які, а тому, чим більші сили тертя у двигуні, тим з меншою швидкістю обертається його ротор. У виробництві, зокрема у пташниках Київської птахофабрики спостерігаються випадки, коли при низькій напрузі на затискачах двигунів деякі з них навіть не запускаються. При живленні від перетворювача ча сто ти двигуни працюють на жорсткій частині механічної характеристики, і коливання моменту статичних опорів значно менше впливає на швидкість обертання ротора, тобто всі двигуни групи обертаються практично з однаковою швидкістю в усьому діапазоні ре гулювання . Крім то го , пере творюва ч часто ти забезпе чує постійн у перевантаж увальн у здатність дви гуна [Справо чник по а вто ма тиз и ро ван но м у элек тр оп ри во ду / П о д ре д. В.А. Ели се е ва и А.В Шинянского. - М: Энергоатомиздат, 1983], завдяки чому всі двигуни групи надійно запускаються навіть при частоті струму 5Гц. Це підтверджується результатами наших досліджень в лабораторії електроприводу НАУ. Результа ти експериментальних досліджень показують, що при використанні запропонованої системи автоматичного керування у порівнянні з відомою системою потужність, споживана електродвигунами вентиляторів при роботі на регулювальних характеристиках, знижується в 1,05-2,5 разів, всі дви гун и ве н ти ля тор і в о бер тають ся з о днако вою шви дкістю в усьом у діапазоні регулювання , прак ти чно відсутні ви щі гармоні чні скла до ві, які генер уються в мережу живлення, тобто зменшується не га тивний впли в на живильну мережу і сусідніх електроспоживачів.